基于Fano共振的全介质型超表面甲烷传感器设计

摘要：

与传统甲烷传感器相比,超表面甲烷传感器具有高度灵敏、性能稳定、小型化、集成化、多功能可定制等优点,更满足在煤矿等复杂环境下的应用需求.设计了基于Fano共振的全介质型超表面甲烷传感器.超表面结构由周期性的硅纳米结构和SiO2衬底组成,包含4个方形硅环纳米结构及中心的硅纳米方块.通过改变几何参数观察其对全介质超表面结构Fano共振的影响,结果表明,综合考虑结构的品质因数和调制深度,应选取方形硅环中心距离为1 000 nm,方形硅环的内边长为100 nm,硅纳米块的边长为200 nm,此时品质因数为227.60,调制深度为99.98％,接近100％.通过在超表面结构内涂覆甲烷气敏薄膜实现传感检测功能,结合极窄线宽的Fano谐振特性和显著的局域场增强效应,实现对甲烷气体的高精度检测.仿真结果表明:全介质超表面传感器对甲烷体积分数的灵敏度为-0.953 nm/％,且甲烷体积分数变化与共振峰偏移量呈线性关系,监测性能较好;全介质超表面传感器的折射率灵敏度高达883.95 nm/RIU,且共振峰偏移量与环境折射率增量呈线性关系,可用于检测环境折射率的变化.

关键词：甲烷传感器、Fano共振、超表面器件、品质因数、调制深度、灵敏度、环境折射率

所属期刊栏目：49

分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)

资助基金：国家重点研发计划;国家重点研发计划;国家重点研发计划;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-10-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：106-114